Simulation numérique du procédé de soudage "friction stir welding"

friction stir welding numerical simulation

¹ Institut de Soudure, Espace Cormontaigne, 4 Boulevard Becquerel, 57970 Yutz, France
² EADS Corporate Research Center, 12 rue Pasteur, 92152 Suresnes cedex, France
³ GKSS, Max-Planck-Strasse D-21502 Geesthacht, Allemagne

Résumé

Des simulations numériques tridimensionnelles sont effectuées afin de déterminer les contraintes résiduelles générées par le procédé `Friction Stir Welding' (FSW). Ces calculs transitoires thermo-mécaniques sont réalisés à l'aide de deux codes aux éléments finis (sysweld et marc). L'apport de chaleur du procédé FSW est modélisé par deux sources de chaleur numériques différentes. Ces sources numériques sont calibrées à l'aide de mesures thermiques expérimentales. Lors du calcul mécanique, l'outil en lui-même ainsi que le flux de matière ne sont pas modélisés. Par contre, les caractéristiques mécaniques de tous les matériaux recristallisés présents dans la structure sont prises en compte dans les calculs. Finalement, des mesures expérimentales de contraintes résiduelles sont comparées aux résultats numériques des deux codes.

Abstract

Three-dimensional numerical simulations are carried out to investigate residual stresses generated by Friction Stir Welding (FSW). The modelling is carried out using two finite element commercial codes for greatest efficiency (sysweld and marc). A thermal-mechanical transient state is used for the calculations. The thermal stage of the process is simulated by using two different numerical heat sources. Those numerical heat inputs are calibrated with the help of experimental results obtained by thermocouples and infra-red cameras. For the mechanical stage, the detailed tooling geometry, the lateral force from the tool onto the work-piece and the mechanical stir process are not simulated. But the mechanical characteristics of all the re-crystallised materials involved are determined notably by micro-tensile tests and then used in the calculations. Finally, experimental measurements of FSW residual stresses made by neutrons diffraction are compared with the numerical residual stresses from both codes.